Замкнутая схема импульсного регулирования скорости АД с помощью резистора в цепи ротора.

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

В схеме электропривода с импульсным регулированием сопротивления в цепи выпрямленного тока ротора для получения жестких характеристик использована отрицательная обратная связь по скорости двигателя.

В роторную цепь двигателя включен неуправляемый трехфазный выпрямитель В, к выходу которого подключен резистор R _Д2. Параллельно резистору включен управляемый ключ, выполняемый, как правило, на основе полупроводниковых приборов.

Управление ключом происходит от широтно – импульсного модулятора ШИМ, на вход которого поступают сигналы задания U _З.С и обратной связи U _О.С по скорости. При поступлении на вход блока ШИМ сигнала ошибки U_y = U _З.С – U _О.С он начинает генерировать импульсы управления. Эти импульсы с помощью схемы управления ключом _СУК распределяются по полупроводниковым приборам ключа и вызывают периодическое включение и закорачивание резистора R _Д2.

Принцип получения жестких характеристик ЭП соответствует рассмотренному выше механизму действия обратной связи по скорости и состоит в следующем. Допустим, что двигатель работает в установившемся режиме при каком – то заполнении (скважности) ключа К и соответствующем эквивалентном сопротивлении цепи ротора. Пусть по каким – то причинам произошло увеличение момента нагрузки двигателя, в результате чего начнет снижаться его скорость. Тогда в соответствии с формулой для сигнала управления он начнет повышаться, что вызовет увеличение заполнения γ работы ключа К и уменьшение тем самым эквивалентного сопротивления в цепи ротора R _2ЭКВ = (1 – γ) R _Д2. Это, в свою очередь, приведет к увеличению тока в роторе и момента двигателя и прекращению снижения скорости, что соответствует жестким характеристикам электропривода.

В схеме может быть достигнуто и регулирование (ограничение) тока и момента, для чего она должна быть дополнена контуром регулирования тока. В этом случае механические характеристики имеют вертикальный участок, соответствующий заданному уровню ограничения тока и момента.

Следует отметить, что работа этого электропривода, как и в случае использования ТРН, характеризуется при регулировании скорости двигателя увеличением в цепи ротора потерь мощности, пропорциональных скольжению, что должно учитываться при выборе двигателя и добавочного резистора.

Замкнутые ЭП с использованием преобразователей частоты.

В этом случае частотное управление двигателя реализуемое с помощью преобразователей частоты, может быть осуществлено по трем вариантам:

· параметрическое управление, при котором управляющим воздействием на двигатель являются частота и действующее значение подаваемого на двигатель напряжения;

· частотно – токовое управление, при котором управляющим воздействием на двигатель являются частота и действующее значение тока двигателя;

· векторное управление, связанное с регулированием мгновенных значений питающих напряжений и токов с целью формирования электромагнитного момента двигателя нужной величины.

Замкнутый электропривод с параметрическим частотным управлением . С использованием этого принципа построены многие частотно – регулируемые асинхронные электроприводы. В них за счет использования различных обратных связей и функциональных блоков формируются жесткие рабочие участки механических характеристик двигателя для качественного регулирования его скорости, ограничиваются ток и момент и обеспечивается требуемое соотношение между регулируемыми частотой и напряжением.

В качестве силового преобразователя используется преобразователь частоты со звеном постоянного тока, состоящий из неуправляемого выпрямителя В и инвертора напряжения, выполненного на шести силовых модулях, состоящих из транзистора и диода. Между выпрямителем и инвертором включен фильтр, состоящий из реактора L и конденсатора С, обеспечивающий сглаживание выходного напряжения выпрямителя и необходимую циркуляцию реактивной энергии в силовой части схемы.

Инвертор работает в режиме широтно – импульсной модуляции и преобразует нерегулируемое напряжение постоянного тока на выходе фильтра в нерегулируемое по частоте и амплитуде напряжение на статоре двигателя М. Силовая схема электропривода нереверсивная и не предусматривает электрического торможения.

Управление инвертором осуществляется сигналами f_y и U_y, определяющими значения выходных частоты и напряжения преобразователя частоты. Формирование этих сигналов осуществляется схемой управления, в состав которой входят регулятор скорости РС, регулятор тока РТ, датчики скорости ТГ и тока ДТ, суммирующие усилители (пропорциональные регуляторы) Σ₁ и Σ₂; блок ограничения БО сигнала РС, функциональный преобразователь ФП, задатчик интенсивности ЗИ.

Регулятор скорости РС в совокупности с задатчиком интенсивности ЗИ и сумматором Σ₁ обеспечивают требуемое регулирование скорости и ускорения двигателя в установившемся и переходном режимах работы электропривода с помощью сигнала f_y.

Ограничение тока статора и момента двигателя производится регулятором тока РТ. Когда ток статора двигателя меньше тока установки I_M, сигнал на выходе РТ равен нулю и схема управления обеспечивает режим поддержания заданной скорости. Когда ток статора превысит уставку тока I_M, резко увеличится сигнал на выходе РТ, из – за чего резко снижается и сигнал на выходе сумматора Σ₁. Это приводит к уменьшению частоты и напряжения на статоре двигателя и тем самым к ограничению тока статора и момента двигателя.

Функциональный преобразователь ФП, характеристика которого в виде ломаной линии 0 abc показана над его условным изображением, обеспечивает требуемое соотношение между частотой и выходным напряжением преобразователя частоты. Отрезком 0 a создается начальное напряжение на выходе преобразователя, необходимое для преодоления падения напряжения на обмотке статора двигателя при малых частотах напряжения. Участок ab обеспечивает пропорциональное изменение частоты и напряжения (закон частотного управления U / f = const), при котором магнитный поток двигателя поддерживается постоянным. На участке bc величина напряжения на статоре остается неизменной, хотя при этом его частота может увеличиться.

Для уменьшения влияния падения напряжения в ципи статора на величину магнитного потока двигателя и тем самым на его момент в схеме предусмотрена положительная обратная связь по току (так называемая IR – компенсация), сигнал которой поступает на вход сумматора Σ₂. При увеличении нагрузки двигателя возрастает ток и увеличивается сигнал U _у, за счет чего возрастает выходное напряжение преобразователя, и тем самым компенсируется падение напряжения в обмотке статора.

В современных электроприводах этого типа реализация блоков управления схемы осуществляется с использованием микропроцессорных средств, а настройка их параметров и характеристик производится программным путем.

Получаемые в этой схеме механические характеристики двигателя при различных сигналах задания скорости U _З.С.

В ряде случаев требуемое регулирование скорости может быть получено и в разомкнутой схеме без обратной связи по скорости. В этом случае в схеме отсутствуют РС и ТГ, а сигнал с выхода ЗИ непосредственно поступает на вход сумматора Σ₁; во всем остальном схема остается без изменения.

Схема частотно – токового управления АД.

Тиристоры VS 1 – VS 6 образуют схему управляемого выпрямителя УВ, а тиристоры VS 7 – VS 12 – схему автономного инвертора тока АИТ. Между этими блоками включен реактор L большой индуктивности с тем, чтобы придать инвертору свойства источника тока. Конденсаторы С1 – С6 с диодами VD 1 – VD 6 образуют цепи искусственной коммутации тиристоров VS ₇ – VS ₁₂. Остальные элементы схемы имеют следующее назначение:

СУВ и СУИ – схемы управления тиристорами выпрямителя и инвертора;

РТ, ДТ – соответственно регулятор и датчик тока статора;

ДС – датчик скорости;

УО – усилитель – ограничитель;

ФП – функциональный преобразователь.

Схема работает следующим образом.

Задающий сигнал U _З.С задает частоту переключения тиристоров инвертора и тем самым частоту тока статора двигателя М. После вычитания из сигнала U _З.С сигнала обратной связи по скорости U _ω получается сигнал U _β, пропорциональный относительной частоте ротора β = f ₂ / f _1НОМ (величину β называют также абсолютным скольжением двигателя). Она связана со скольжением s двигателя следующим соотношением: β = α s, где α = f ₂ / f _1НОМ.

Сигнал U _β,пройдя через УО, вместе с сигналом U _ω поступает на вход СУИ. Частота на выходе инвертора определяется сигналом U _ω _s = U _ω + U _β; СУИ настроена таким образом, что пока УО работает в линейной зоне, частота на выходе инвертора будет постоянной и независимой от нагрузки. Двигатель при этом имеет жесткие механические характеристики.

Сигнал U _β после прохождения через ФП является также сигналом для контура регулирования тока. Так как этот сигнал пропорционален абсолютному скольжению, то и ток двигателя при всех частотах будет ему пропорционален.

При резких изменениях задающего сигнала или при значительных перегрузках двигателя УО входит в зону ограничения (постоянства) своего выходного сигнала U _β, ограничивая тем самым на требуемом уровне и задание для тока. Двигатель при этом работает при любой скорости с постоянными значениями абсолютного скольжения и тока, т. е. механическая характеристика становится абсолютно мягкой.

В результате двигатель имеет характеристики аналогичные характеристикам при частотном управлении.

Схема позволяет осуществлять торможение двигателя с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть, для чего инвертор переводится в режим выпрямления, и выпрямитель – в режим инвертирования тока.

Схемы векторного управления асинхронными двигателями.

При необходимости получения высокого качества и диапазонов регулирования переменных асинхронного электропривода в установившемся и переходных режимах применяются так называемые схемы векторного управления, в которых решение этих задач обеспечивается за счет формирования электромагнитного момента двигателя. Принцип формирования момента может быть показан следующим образом.

Уравнение электромагнитного момента асинхронного двигателя может иметь различные формы записи в зависимости от используемых в этих уравнениях переменных и выбранной системы координат для их представления. При построении систем векторного управления процессы в двигателе удобно рассматривать в системе координат X – Y, в которой ось Х совпадает по направлению с потокосцеплением ротора ψ₂ и вращается с его скоростью. В этом случае уравнение электромагнитного момента трехфазного асинхронного двигателя имеет вид:

, ?

где р – число пар полюсов двигателя;

L ₁₂ – взаимоиндуктивность между статором и ротором;

i _1у – составляющая тока статора по оси Y;

L ₂ – полная индуктивность ротора.

Так как составляющая тока статора i ₁ _x по оси Х определяет потокосцепление ротора ψ₂, то из рассмотрения формулы следует, что за счет регулирования i ₁ _x и i _1у можно обеспечивать формирование момента двигателя. Составляющая i ₁ _x может рассматриваться как намагничивающая реактивная составляющая тока статора двигателя, а i _1у его активная составляющая, идущая на создание момента двигателя.

Уравнение по своему виду аналогично формуле момента двигателя постоянного тока. В нем ψ отражает магнитный поток двигателя постоянного тока, а i _1у – ток его якоря.

Асинхронный двигатель М, на валу которого установлен датчик скорости (тахогенератор) ДС, получает питание от преобразователя частоты ПЧ. Регулирование момента производится регуляторами РТ_ω активной I_ω и РТ_μ реактивной I _μ составляющих тока. Значения этих переменных получаются косвенным путем с помощью модели асинхронного двигателя «Модель АД», на вход которой подаются сигналы фазных токов I_A, I_B, I_C, напряжений U_A, U_B, U_C и угловой скорости двигателя ω. Модель двигателя выдает информацию о скольжении двигателя s и составляющих токов I_ω и I _μ.

Регулирование скорости производится по принципу подчиненного регулирования координат с использованием ПИ – регулятора скорости РС, задатчика интенсивности ЗИ и блока ограничения тока БО. Управление ПЧ осуществляется системой трехфазных напряжений U_A ₃, U_B ₃, U_C ₃, которые формируются преобразователем координат ПК на основе сигналов регуляторов РТ_ω и РТ_μ исигнала пропорционального частоте f ₁.

Векторное регулирование момента асинхронного двигателя обеспечивает точное поддержание во всем диапазоне регулирования скорости, включая режимы работы электропривода на упор и его очень низкие «ползучие» скорости, что выгодно отличает его от параметрического (скалярного) регулирования.

СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД.

Следящий электропривод – замкнутая автоматическая система, в которой исполнительный (рабочий) орган с определенной точностью отрабатывает заданный по произвольному закону управляющий сигнал с датчика.

Применение – копировальный металлорежущий станок (режущий инструмент – копировальный палец измерительного устройства).Прокатный стан – перемещение механизма подачи задается движением маломощного управляющего устройства. Системы контроля за изменением физических величин, системы управления металлорежущими станками, роботы, антенны, экскаваторы.

Диапазон мощностей от нескольких ватт до десятков киловатт.

В общем виде следящий электропривод можно представить.

Датчик +приемное устройство = измеритель согласования.

Следящий электропривод – работает только за счет возникающего угла рассогласования между осями датчика и исполнительного двигателя (механизма).

Процесс работы следящего ЭП – непрерывное автоматическое устранеие возникающего рассогласования.

Различают 2-е группы – 1-ая – с релейным или прерывистым отрабатыванием рассогласования.

– 2-ая – с непрерывным управлением.

Требования к следящему ЭП.

1. Высокая точность отработки заданной величины.

2. Устойчивая работа во всем диапазоне скоростей

3. Малое время отработки.

4. Отработка без перерегулирования (колебания с затуханием).

5. Простота, надежность.

Следящий ЭП непрерывного действия с сельсинами.

Сельсины – в трансформаторном режиме. (сельсины должны быть одинаковыми).

Е _m – ЭДС наведенная в обмотке ротора при совпадении ее оси с осью обмотки статора.

Z – полное сопротивление фазы обмотки ротора.

ЭДС в статорной обмотке СП –

k – коэффициент пропорциональности между I и Е

Подставляем из (4) в (3) и используя (1) и (2) получаем

ЭДС наведенная в обмотке статора СП зависит от угла рассогласования и достигает максимума при .

На практике стремятся, чтобы при , . Это достигается начальной установкой статоров СД и СП с углом , тогда .

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 345; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!